大電流プラズマにおける磁場構造自己組織化とダイナモ効果に係わるカイネティック効果

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10044130
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 吉田 善章 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (80182765)
• 研究分担者: 二瓶 仁 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (70010973) ; 比村 治彦 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教授 (30311632) ; 小川 雄一 東京大学, 高温プラズマ研究センター, 教授 (90144170) ; 龍野 智哉 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助手 (60313011) ; 森川 惇二 東京大学, 高温プラズマ研究センター, 助手 (70192375)
• キーワード: 流れを伴うMHD緩和 / 運動論 / Hモード / 非中性プラズマの熱平衡 / カオスによる無衝突散逸 / 異常抵抗 / シヤー流 / 電流フィラメント

研究概要

運動論に基いて緩和状態を記述する理論を研究し,これによってRFP,ULQなどの常時性(force-free 磁場)配位とともにプラズマ流による2流体効果を含む反磁性配位を特徴付けるBeltrami/Bernoulli条件を理論的に導いた。この理論によって,MHDなどの流体モデルで説明されてきた緩和状態が運動論の枠組みで捉えられた。この理論は,さらにトカマクのHモードで観測される境界領域のシヤー流構造をも説明するものである。Proto-RT実験装置では,プラズマの非中性化によってシヤー流を発生でき,その構造や振る舞いを精密に計測することができる。本年度得られた下記の成果について,今後実験との比較を進める計画である。(1)非中性化されたプラズマの緩和状態は,運動論のモデルにおいてもBeltrami/Bernoulli条件によって記述され,これはPenningが導いた非中性単一粒子種プラズマの平衡を一般化するものであることが示された。この理論によって,RFPやULQなどのTaylor緩和状態と呼ばれる常時性配位と高βの反磁性配位との関係が理論的に体系化された。(2)磁場ヌル点の近傍で起こる電子運動のカオスによる無衝突散逸は,衝突による散逸,Landau減衰による散逸に続く第3の散逸過程である。この機構についての理論解析を実証するために,実験的に電気抵抗を計測し,理論的な予測に近い値の電気抵抗が得られた。

研究成果

• [文献書誌] Z.Yoshida et al.: "Toroidal Magnetic Confinement of Non-Neutral Plasmas"NON-NEUTRAL PLASMA PHYSICS III. 397-404 (1999)
• [文献書誌] H.Himura,Z.Yoshida: "Confinement of Nonneutral plasmas in the Prototype Ring Trap Device"NON-NEUTRAL PLASMA PHYSICS III. 405-410 (1999)
• [文献書誌] C.Nakashima,Z.Yoshida: "Experiments on Pure Electron Plasmas Confined in a Toroidal Geometry"NON-NEUTRAL PLASMA PHYSICS III. 411-416 (1999)
• [文献書誌] T.Suzuki and Z.Yoshida: "Statistical Model of Current Filaments in a Turbulent Plasma"Annual Report of the Engineering Research Institute Faculty of Engineering,University of Tokyo. 58. 145-152
• [文献書誌] Z.Yoshida and S.Mahajan: "Simultaneous Beltrami conditions in coupled vortex dynamics"Journal of Mathematical Physics. 40・10. 5080-5091 (1999)
• [文献書誌] S.Mahajan and Z.Yoshida: "A collisionless self-organizing model for the high-confinement (H-mode) boundary layer"Physics of Plasmas. 7・2. 635-640 (2000)